яңалыклар

Бәлкем, Ом законы буенча, электроникада икенче танылган закон - Мур законы: Интеграль схемада җитештерелергә мөмкин транзисторлар саны ике елга ике тапкыр арта. Чипның физик зурлыгы якынча шул ук булып кала, димәк, аерым транзисторлар вакыт узу белән кечерәячәк. Кечкенә буын зурлыктагы чипларның гадәти тизлектә пәйда булуын без көтә башладык, ләкин әйберләрне кечерәйтүнең ни максаты бар? Кечкенә һәрвакыт яхшырак дигәнне аңлатамы?
Соңгы гасырда электрон инженерия зур уңышларга иреште. 1920-нче елларда иң алдынгы AM радиолары берничә вакуум торбалардан, берничә зур индуктивлык кәтүгеннән, конденсаторлардан һәм резисторлардан, антенналар буларак кулланылган дистәләгән метр чыбыклардан һәм бөтен җайланманы эшләтеп җибәрү өчен зур батарейкалардан торды. Бүген сез кесәгездәге җайланмада дистәдән артык музыка агымын тыңлый аласыз, һәм сез тагын да күбрәк эшли аласыз. Ләкин миниатюризация йөртү өчен генә түгел: бүген безнең җайланмалардан көткән эшкә ирешү бик кирәк.
Кечкенә компонентларның бер ачык өстенлеге - алар сезгә шул ук күләмдә күбрәк функциональлек кертергә мөмкинлек бирә. Бу санлы схемалар өчен аеруча мөһим: күбрәк компонентлар шул ук вакытта күбрәк эшкәртә алуыгызны аңлата. Мәсәлән, теория буенча, 64 битлы процессор белән эшкәртелгән мәгълүмат күләме шул ук сәгать ешлыгында эшләүче 8 битле үзәк эшкәрткеч җайланманың сигез тапкыр күбрәк. Ләкин бу шулай ук ​​сигез тапкыр күбрәк компонент таләп итә: реестрлар, өстәмәләр, автобуслар һ.б. барысы сигез тапкыр зуррак. Шуңа күрә сезгә сигез тапкыр зуррак чип кирәк, яисә сигез тапкыр кечерәк транзистор кирәк.
Хәтер чиплары өчен дә шундый ук хәл: кечерәк транзисторлар ясап, сездә шул ук күләмдә күбрәк саклау урыны бар. Бүгенге көндә күпчелек дисплейларда пиксель нечкә кино транзисторыннан эшләнгән, шуңа күрә аларны масштаблау һәм югары карарларга ирешү мәгънәле. Ләкин, транзистор кечерәк булса, яхшырак, һәм тагын бер мөһим сәбәп бар: аларның эшләнеше яхшыра. Ләкин ни өчен төгәл?
Транзистор ясаганда, ул бушлай өстәмә компонентлар бирәчәк. Eachәр терминалда резистор бар. Токны йөртүче теләсә нинди объектның үз-үзен индуктивлыгы бар. Ниһаять, бер-берсенә каршы торган теләсә нинди ике үткәргеч арасында сыйдырышлык бар. Бу эффектларның барысы да көч куллана һәм транзистор тизлеген акрынайта. Паразитик сыйдырышлык аеруча авыр: транзисторлар кабызылган һәм сүндерелгән саен зарядланырга һәм җибәрелергә тиеш, бу электр белән тәэмин итүдән вакыт һәм ток таләп итә.
Ике үткәргеч арасындагы сыйдырышлык - аларның физик зурлыгы функциясе: кечерәк зурлык кечерәк сыйдырышлыкны аңлата. Smallerәм кечерәк конденсаторлар югары тизлекне һәм түбән көчне аңлатканга, кечерәк транзисторлар югары ешлыкларда эшлиләр һәм моны эшләгәндә аз җылылык тараталар.
Транзисторларның зурлыгын киметкәндә, сыйдырышлык үзгәрә торган бердәнбер эффект түгел: зур җайланмалар өчен күренми торган бик күп квант механик эффектлары бар. Ләкин, гомумән алганда, транзисторларны кечерәк итү аларны тизрәк итәчәк. Ләкин электрон продуктлар транзисторлар гына түгел. Башка компонентларны киметкәндә, алар ничек эшлиләр?
Гомумән алганда, резисторлар, конденсаторлар, индуктивлык кәтүкләре кебек пассив компонентлар кечерәя барганда яхшырмас: күп яктан алар начарайячак. Шуңа күрә, бу компонентларның миниатюризациясе, нигездә, аларны кечерәк күләмдә кысып, PCB урынын саклап калу.
Резисторның зурлыгы артык югалту китермичә киметелергә мөмкин. Материал кисәгенең каршылыгы бирелә, монда l - озынлык, А - кисемтәләр өлкәсе, ρ - материалның каршылыгы. Сез озынлыкны һәм кисемтәләрне киметә аласыз, һәм физик яктан кечерәк резистор белән тәмамланырга мөмкин, ләкин барыбер шул ук каршылыкка ия. Бердәнбер кимчелек - бер үк көчне таратканда, физик яктан кечерәк резисторлар зуррак резисторларга караганда күбрәк җылылык китерәчәк. Шуңа күрә кечкенә резисторларны аз көчле схемаларда гына кулланырга мөмкин. Бу таблицада SMD резисторларының максималь көченең кимүе күрсәтелә.
Бүген, сез сатып ала алган иң кечкенә резистор - 03015 үлчәм (0,3 мм х 0,15 мм). Аларның бәяләнгән көче 20 мВт кына һәм бик аз көч таратучы һәм зурлыгы чикләнгән схемалар өчен кулланыла. 0201 кечерәк метрик пакет (0,2 мм х 0,1 мм) чыгарылды, ләкин әле җитештерелмәде. Ләкин алар җитештерүче каталогында күренсәләр дә, аларның бөтен җирдә булуын көтмәгез: күпчелек роботларны сайлап алу һәм урнаштыру аларны эшкәртү өчен төгәл түгел, шуңа күрә алар әле продукт булырга мөмкин.
Конденсаторларны да киметергә мөмкин, ләкин бу аларның сыйдырышлыгын киметәчәк. Шант конденсаторының сыйдырышлыгын исәпләү формуласы, монда A такта мәйданы, d - алар арасы, һәм ε - диэлектрик тотрыклы (арадаш материал). Конденсатор (нигездә яссы җайланма) миниатюрлаштырылган булса, мәйдан кыскартылырга тиеш, шуның белән сыйдырышлыкны киметергә. Әгәр дә сез бик күп нафараны кечкенә күләмдә тутырырга телисез икән, бердәнбер вариант - берничә катламны бергә туплау. Нечкә фильмнар (кечкенә г) һәм махсус диэлектрик (зуррак ε белән) ясаган материаллар һәм җитештерү өлкәсендәге алгарыш аркасында соңгы берничә дистә елда конденсаторларның күләме сизелерлек кимеде.
Бүгенге көндә булган иң кечкенә конденсатор ультра-кечкенә метрик 0201 пакетында: бары тик 0,25 мм х 0,125 мм. Аларның сыйдырышлыгы әле файдалы 100 nF белән чикләнә, һәм максималь эш көчәнеше 6,3 V. Шулай ук, бу пакетлар бик кечкенә һәм аларны эшкәртү өчен алдынгы җиһазлар таләп итә, аларның киң таралуын чикли.
Индуктивлык кәтүге өчен хикәя бераз катлаулы. Туры индуктивлык кәтүгенең индуктивлыгы бирелә, монда N - борылышлар саны, А - кәтүкнең кисемтә мәйданы, l аның озынлыгы, һәм μ материаль даими (үткәрүчәнлеге). Әгәр барлык үлчәмнәр яртыга киметелсә, индуктивлык шулай ук ​​яртыга киметеләчәк. Ләкин, чыбыкның каршылыгы элеккечә кала: чөнки чыбыкның озынлыгы һәм кисемтәсе төп бәясенең дүрттән бер өлешенә кадәр кими. Димәк, сез индуктивлыкның яртысында бер үк каршылык белән тәмамланасыз, шуңа күрә сез кәтүкнең сыйфат (Q) факторын яртыга калдырасыз.
Иң кечкенә коммерцияле дискрет индуктивлык кәтүге дюйм зурлыгын 01005 (0,4 мм х 0,2 мм) кабул итә. Болар 56 nH га кадәр һәм берничә охмга каршы торалар. Ультра-кечкенә метрик 0201 пакетындагы индуктивлык кәтүге 2014-нче елда чыгарылды, ләкин, күрәсең, алар беркайчан да базарга кертелмәгән.
Индуктивлык кәтүгенең физик чикләүләре динамик индуктивлык дип аталган феномен кулланып чишелде, аны графеннан ясалган ботинкаларда күзәтеп була. Ләкин шулай да, ул коммерция тормышында җитештерелсә, ул 50% ка артырга мөмкин. Ниһаять, кәтүкне миниатюрлаштырып булмый. Ләкин, сезнең схема югары ешлыкларда эшли икән, бу проблема түгел. Әгәр сезнең сигнал ГГц диапазонында булса, берничә nH кәтүк гадәттә җитә.
Бу безне узган гасырда миниатюрлаштырылган тагын бер әйбергә китерә, ләкин сез шунда ук сизми калырсыз: без аралашу өчен кулланган дулкын озынлыгы. Баштагы радиотапшырулар уртача дулкынлы AM ешлыгын якынча 1 МГц кулланган, дулкын озынлыгы 300 метр. 100 МГц яки 3 метрга тупланган FM ешлык полосасы 1960-нчы елларда популярлашты, һәм без бүген 4G элемтәләрен 1 яки 2 ГГц тирәсендә кулланабыз (якынча 20 см). Higherгары ешлыклар күбрәк мәгълүмат тапшыру сыйфатын аңлата. Миниатюризация аркасында бездә бу ешлыкларда эшли торган арзан, ышанычлы һәм энергия саклаучы радиолар бар.
Дулкын озынлыкларының кысылуы антенналарны кыскартырга мөмкин, чөнки аларның зурлыгы турыдан-туры тапшыру яки алу ешлыгы белән бәйле. Бүгенге кәрәзле телефоннар озын сузылган антенналарга мохтаҗ түгел, ГГц ешлыкларында махсус аралашулары аркасында, антенна бер сантиметр озынлыкта булырга тиеш. Шуңа күрә FM кабул итүчеләре булган күпчелек кәрәзле телефоннар сез кулланганчы наушникларны кабызырга тиеш: радио бер метр озынлыктагы дулкыннардан җитәрлек сигнал көче алу өчен антенна итеп кулланырга тиеш.
Безнең миниатюр антенналарга тоташтырылган схемаларга килгәндә, алар кечерәк булганда, алар ясау җиңелрәк. Бу транзисторларның тизрәк барганы өчен генә түгел, ә тапшыру линиясе эффектлары инде проблема түгел. Кыскасы, чыбык озынлыгы дулкын озынлыгының уннан бер өлешеннән артканда, схеманы проектлаганда фаза сменасын аның озынлыгы буенча карарга кирәк. 2,4 ГГц булганда, бу сезнең схемага бер сантиметр гына тәэсир иткәнен аңлата; дискрет компонентларны бергә кушсаң, бу баш авырту, ләкин схеманы берничә квадрат миллиметрга куйсаң, бу проблема түгел.
Мур Законының җимерелүен фаразлау, яки бу фаразларның кабат-кабат дөрес булмаганын күрсәтү фән һәм технология журналистикасында кабатланучы темага әйләнде. Факт кала: Intel, Samsung, TSMC, уенның алгы сафында торучы өч көндәш, квадрат микрометрга күбрәк үзенчәлекләрне кысуны дәвам итәләр, һәм киләчәктә берничә буын камилләштерелгән чиплар кертергә уйлыйлар. Eachәр адымда ясаган алгарышлары ике дистә ел элек зур булмаса да, транзисторларның миниатюризациясе дәвам итә.
Ләкин, дискрет компонентлар өчен без табигый чиккә җиткән кебек: аларны кечерәк итү аларның эшләвен яхшыртмый, һәм хәзерге вакытта булган иң кечкенә компонентлар күпчелек куллану очракларыннан кечерәк. Дискрет җайланмалар өчен Мур законы юк кебек, ләкин Мур законы булса, без бер кешенең SMD эретү проблемасына күпме этәрә алуын күрергә теләр идек.
Мин һәрвакыт 1970-нче елларда кулланган PTH резисторын фотога төшерергә һәм аңа SMD резисторын куярга теләдем, хәзерге вакытта мин алыш-биреш иткән кебек. Минем максатым - абыйларымны һәм сеңелләремне (аларның берсе дә электрон продукт түгел) күпме үзгәртү, шул исәптән мин эш өлешләрен дә күрә алам, (күзләрем начарайган саен, кулларым калтырый).
Әйтергә яратам, бергәме, юкмы. Мин "яхшырырга, яхшырырга" нәфрәт итәм. Кайвакыт сезнең макет яхшы эшли, ләкин сез бүтән өлешләр ала алмыйсыз. Нәрсә ул? . Яхшы төшенчәләр - яхшы концепция, һәм аны сәбәпсез яхшырту яхшырак, аны сәбәпсез яхшырту яхшырак. Гант
"Факт кала: Intel, Samsung һәм TSMC өч компания әле дә бу уенның алгы сафында көндәшлек итәләр, квадрат микрометрга күбрәк үзенчәлекләрне кысалар."
Электрон компонентлар зур һәм кыйммәт. 1971 елда, уртача гаиләдә берничә радио, стерео һәм телевизор бар иде. 1976-нчы елга кадәр кулланучылар өчен кечкенә һәм арзан булган компьютерлар, калькуляторлар, санлы сәгатьләр һәм сәгатьләр чыкты.
Кайбер миниатюризация дизайннан килә. Оператив көчәйткечләр гираторларны кулланырга мөмкинлек бирә, алар кайбер очракларда зур индуктивлык кәтүген алыштыра ала. Актив фильтрлар индуктивлык кәтүген дә бетерәләр.
Зур компонентлар бүтән әйберләрне алга этәрәләр: схеманы минимальләштерү, ягъни схеманы эшләтеп җибәрү өчен иң аз компонентларны кулланырга тырышу. Бүген безгә бик мөһим түгел. Сигналны кире кайтарыр өчен нәрсә кирәк? Оператив көчәйткеч алыгыз. Сезгә дәүләт машинасы кирәкме? Мпу алыгыз. һ.б. Бүгенге компонентлар чыннан да кечкенә, ләкин эчтә бик күп компонентлар бар. Шулай итеп, сезнең схема күләме арта, энергия куллану арта. Сигналны кире кайтару өчен кулланылган транзистор оператив көчәйткечкә караганда бер үк эшне башкару өчен аз көч куллана. Ләкин тагын, миниатюризация көч куллану турында кайгыртачак. Бу инновация башка юнәлештә китте.
Сез чыннан да зур өстенлекләрнең / зурлыкның кимүенең кайбер сәбәпләрен сагындыгыз: паразитик пакетларның кимүе һәм көч куллануны арттыру (бу континентив булып тоела).
Практик күзлектән караганда, функция күләме якынча 0,25у җиткәч, сез ГГц дәрәҗәсенә җитәчәксез, ул вакытта зур SOP пакеты иң зур * эффект җитештерә башлый. Озын бәйләү чыбыклары һәм бу әйберләр ахыр чиктә сезне үтерәчәк.
Бу вакытта QFN / BGA пакетлары эш ягыннан бик яхшырды. Моннан тыш, пакетны тигез итеп урнаштырганда, сез * шактый яхшырак җылылык җитештерүчәнлеге һәм фаш ителгән такта белән тәмамланасыз.
Моннан тыш, Intel, Samsung, TSMC, әлбәттә, мөһим роль уйныйчак, ләкин ASML бу исемлектә күпкә мөһимрәк булырга мөмкин. Әлбәттә, бу пассив тавышка кагылмаска мөмкин ...
Бу киләсе буын процесс төеннәре аша кремний чыгымнарын киметү турында гына түгел. Башка әйберләр, мәсәлән, сумкалар. Кечкенә пакетлар аз материаллар һәм wcsp яки хәтта азрак таләп итәләр. Кечкенә пакетлар, кечерәк PCB яки модульләр һ.б.
Мин каталог продуктларын еш күрәм, монда бердәнбер йөртү факторы чыгымнарны киметү. МГц / хәтер күләме бер үк, SOC функциясе һәм пин аранжировкасы бер үк. Энергия куллануны киметү өчен без яңа технологияләр куллана алабыз (гадәттә бу бушлай түгел, шуңа күрә клиентлар кызыксынган кайбер конкурент өстенлекләр булырга тиеш)
Зур компонентларның өстенлекләренең берсе - анти-нурланыш материалы. Бу мөһим ситуациядә кечкенә транзисторлар космик нурлар тәэсиренә җиңелрәк. Мәсәлән, космоста һәм хәтта биек биеклектәге обсерваторияләрдә.
Тизлекне арттыруның төп сәбәбен күрмәдем. Сигнал тизлеге наносекундка якынча 8 дюйм. Шуңа күрә зурлыкны киметеп, тизрәк чиплар мөмкин.
Сез үзегезнең математиканы пакетлаштыру үзгәрүләре һәм циклларның кимүе аркасында таралуның тоткарлану аермасын исәпләп тикшерергә теләрсез (1 / ешлык). Бу фракцияләрнең тоткарлану / вакытын киметү. Сез аның әйләнү факторы булып күренмәвен күрерсез.
Мин өстәргә теләгән бер нәрсә - күп IC, аеруча иске конструкцияләр һәм аналог чиплар, ким дигәндә, эчке яктан киметелми. Автоматлаштырылган җитештерүне яхшырту аркасында, пакетлар кечерәкләнде, ләкин бу DIP пакетларның транзисторлар һ.б. кечерәк булганга түгел, ә эчендә бик күп урын калганга.
Роботны югары тизлектә сайлау һәм урнаштыру кушымталарында кечкенә компонентларны эшкәртү өчен җитәрлек төгәл итү проблемасына өстәп, тагын бер проблема - кечкенә компонентларны ышанычлы эретеп ябыштыру. Бигрәк тә көч / сыйдырышлык таләпләре аркасында сезгә зуррак компонентлар кирәк булганда. Махсус эретеп ябыштыручы паста кулланып, махсус адым эретеп ябыштыручы паста шаблоннары (кирәк булганда аз күләмдә эретеп ябыштырыгыз, ләкин зур компонентлар өчен җитәрлек эретеп ябыштырыгыз) бик кыйммәтләнә башлады. Шуңа күрә плато бар дип уйлыйм, һәм схема тактасы дәрәҗәсендә миниатюризация - бу бик кыйммәт һәм мөмкин юл. Бу вакытта сез кремний вафат дәрәҗәсендә күбрәк интеграция ясый аласыз һәм дискрет компонентлар санын абсолют минимумга гадиләштерә аласыз.
Сез моны телефоныгызда күрерсез. 1995 тирәсендә мин гараж сатуда берничә кәрәзле телефон сатып алдым. Күпчелек IC-лар тишек аша. Танылучы үзәк эшкәрткеч җайланма һәм NE570 компьютеры, зур кулланыла торган IC.
Аннары мин яңартылган кул телефоннары белән тәмамладым. Компонентлар бик аз, таныш бернәрсә дә юк диярлек. Аз санлы IC-ларда тыгызлык югарырак кына түгел, ә яңа дизайн (SDR кара) кабул ителде, ул аерылгысыз булган дискрет компонентларның күбесен бетерә.
> (Кирәк булганда аз күләмдә эретеп ябыштырыгыз, ләкин зур компонентлар өчен җитәрлек эретеп ябыштырыгыз)
Эй, мин бу проблеманы чишү өчен "3D / Дулкын" шаблонын күз алдыма китердем: иң кечкенә компонентлар кайда нечкә, һәм электр чылбыры калынрак.
Хәзерге вакытта SMT компонентлары бик кечкенә, сез үзегезнең үзәк эшкәрткеч җайланмагызны проектлау һәм PCBда бастыру өчен реаль дискрет компонентларны куллана аласыз (74хх һәм башка чүп түгел). Аны LED белән сибегез, сез аның реаль вакытта эшләвен күрерсез.
Еллар дәвамында мин катлаулы һәм кечкенә компонентларның тиз үсешен югары бәялим. Алар гаять зур алгарыш бирәләр, ләкин шул ук вакытта прототиплау процессына яңа катлаулылык өстиләр.
Аналог схемаларның көйләү һәм симуляция тизлеге лабораториядә эшләгәнгә караганда тизрәк. Санлы схемаларның ешлыгы күтәрелгәч, PCB җыю өлешенә әверелә. Мәсәлән, тапшыру линиясе эффектлары, таралу тоткарлануы. Заманча технологияләрне прототиплау лабораториядә төзәтмәләр кертү урынына, дизайнны дөрес тәмамлау өчен иң яхшысы.
Хобби әйберләренә килгәндә, бәяләү. Схема такталары һәм модульләр компонентларны кыскарту һәм сынау алдыннан модульләр.
Бу әйберләрне "кызыклы" югалтырга мөмкин, ләкин минем уйлавымча, сезнең проектны беренче тапкыр эшләтеп җибәрү эш яки хобби аркасында мәгънәлерәк булырга мөмкин.
Мин кайбер конструкцияләрне тишектән SMDга әйләндердем. Арзанрак продуктлар ясагыз, ләкин кул белән прототиплар ясау кызык түгел. Бер кечкенә хата: "параллель урын" "параллель тәлинкә" итеп укылырга тиеш.
No.к. Система җиңгәннән соң, археологлар аның нәтиҗәләре белән буталырлар. Кем белә, бәлки 23-нче гасырда Планета Альянсы яңа система кабул итәчәк…
Мин күбрәк килешә алмадым. 0603 зурлыгы нинди? Әлбәттә, 0603-ны империя размеры итеп тоту һәм 0603 метрик размерын "шалтырату" (яки 0602) техник яктан дөрес булмаса да (ягъни: туры килгән зурлык - алай түгел). Катгый), ләкин ким дигәндә сезнең нинди технология турында сөйләвегезне һәркем беләчәк (метрик / империя)!
"Гомумән алганда, резисторлар, конденсаторлар, индуктивлык кәтүкләре кебек пассив компонентлар аларны кечерәк итсәгез яхшырак булмас."